Жизненный цикл программного обеспечения (ЖЦ ПО). Жизненный цикл и этапы разработки по Что вы знаете о жизненном цикле по

10.11.2020 Оформление

ЖЦ ПО – период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Процессы ЖЦ ПО:

Основные,

Вспомогательные,

Организационные.

Основные:

1. Приобретение – действия и задачи заказчика, приобретающего ПО;

2. Поставка – действия и задачи поставщика, который снабжает заказчика программным продуктом или услугой;

3. Разработка – действия и задачи, выполняемые разработчиком: создание ПО, оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовка тестовых и учебных материалов;

4. Эксплуатация – действия и задачи оператора организации, эксплуатирующей систему;

5. Сопровождение – внесение изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.

Вспомогательные:

1. Документирование – формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО;

2. Управление конфигурацией– применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО, управления его модификациями;

3. Обеспечение качества– обеспечение гарантий того, что ПО и процессы ее ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам;

4. Верификация – определение того, что программные продукты полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями;

5. Аттестация – определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы их конкретному функциональному назначению;

6. Совместная оценка– оценка состояния работ по проекту: контроль планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой, инструментальными средствами;

7. Аудит – определение соответствия требованиям, планам и условиям договора;

8. Разрешение проблем– анализ и решение проблем, независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов.

Организационные:

1. Управление – действия и задачи, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами;

2. Создание инфраструктуры– выбор и сопровождение технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установка аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО;

3. Усовершенствование – оценка, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ;

4. Обучение – первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала.

В 2002 г. был опубликован стандарт на процессы жизненного цикла систем (ISO/IEC 15288 System life cycle processes). К разработке стандарта были привлечены специалисты различных областей: системной инженерии, программирования, управления качеством, человеческими ресурсами, безопасностью и пр. Был учтен практический опыт создания систем в правительственных, коммерческих, военных и академических организациях. Стандарт применим для широкого класса систем, но его основное предназначение – поддержка создания компьютеризированных систем.

Согласно стандарту ISO/IEC серии 15288 в структуру ЖЦ следует включать следующие группы процессов:

1. Договорные процессы:

Приобретение (внутренние решения или решения внешнего поставщика);

Поставка (внутренние решения или решения внешнего поставщика);

2. Процессы предприятия:

Управление окружающей средой предприятия;

Инвестиционное управление;

Управление ЖЦ ИС;

Управление ресурсами;

Управление качеством;

3. Проектные процессы:

Планирование проекта;

Оценка проекта;

Контроль проекта;

Управление рисками;

Управление конфигурацией;

Управление информационными потоками;

Принятие решений.

4. Технические процессы:

Определение требований;

Анализ требований;

Разработка архитектуры;

Внедрение;

Интеграция;

Верификация;

Переход;

Аттестация;

Эксплуатация;

Сопровождение;

Утилизация.

5. Специальные процессы:

Определение и установка взаимосвязей исходя из задач и целей.

Создание основных процессов ЖЦ ПО по ИС (ISO/IEC 15288)

Процесс (исполнитель процесса)	Действия	Вход	Результат
Приобретение (заказчик)	- Инициирование - Подготовка заявочных предложений - Подготовка договора - Контроль деятельности поставщика - Приемка ИС	- Решение о начале работ по внедрению ИС - Результаты обследования действий заказчика - Результаты анализа рынка ИС/ тендера - План поставки/ разработки - Комплексный тест ИС	- Технико-экономическое обоснование внедрения ИС - Техническое задание на ИС - Договор на поставку/ разработку - Акты приемки этапов работы - Акт приемно-сдаточных испытаний
Поставка (разработчик ИС)	- Инициирование - Ответ на заявочные предложения - Подготовка договора - Планирование исполнения - Поставка ИС	- Техническое задание на ИС - Решение руководства об участии в разработке - Результаты тендера - Техническое задание на ИС - План управления проектом - Разработанная ИС и документация	- Решение об участии в разработке - Коммерческие предложения/ конкурсная заявка - Договор на поставку/ разработку - План управления проектом - Реализация/ корректировка - Акт приемно-сдаточных испытаний
Разработка (разработчик ИС)	- Подготовка - Анализ требований к ИС - Проектирование архитектуры ИС - Разработка требований к ПО - Проектирование архитектуры ПО - Детальное проектирование ПО - Кодирование и тестирование ПО - Интеграция ПО и квалифицированное тестирование ПО - Интеграция ИС и квалифицированное тестирование ИС	- Техническое задание на ИС - Техническое задание на ИС, модель ЖЦ - Подсистемы ИС - Спецификации требования к компонентам ПО - Архитектура ПО - Материалы детального проектирования ПО - План интеграции ПО, тесты - Архитектура ИС, ПО, документация на ИС, тесты	- Используемая модель ЖЦ, стандарты разработки - План работ - Состав подсистем, компоненты оборудования - Спецификации требования к компонентам ПО - Состав компонентов ПО, интерфейсы с БД, план интеграции ПО - Проект БД, спецификации интерфейсов между компонентами ПО, требования к тестам - Тексты модулей ПО, акты автономного тестирования - Оценка соответствия комплекса ПО требованиям ТЗ - Оценка соответствия ПО, БД, технического комплекса и комплекта документации требованиям ТЗ

Стадии создания систем (ISO/IEC 15288)

СРС: Создать техническое задание для проекта «Очередь» на сайте www.mastertz.ru

Модели ЖЦ ПО:

1. каскадная,

2. спиральная,

3. итерационная.

Каскадная модель жизненного цикла («модель водопада», англ. waterfall model) была предложена в 1970 г. Уинстоном Ройсом. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.

Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта.

Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Разработка требований

Формирование

Спиральная модель (англ. spiral model) была разработана в середине 1980-х годов Барри Боэмом. Она основана на классическом цикле Уильямса Эдварда Деминга PDCA (plan-do-check-act). При использовании этой модели ПО создается в несколько итераций (витков спирали) методом прототипирования.

Прототип – действующий компонент ПО, реализующий отдельные функции и внешние интерфейсы.

Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.

Рис. 21. Спиральная модель ЖЦ ПО

На каждой итерации оцениваются:

1. Риск превышения сроков и стоимости проекта;

2. Необходимость выполнения еще одной итерации;

3. Степень полноты и точности понимания требований к системе;

4. Целесообразность прекращения проекта.

Один из примеров реализации спиральной модели - RAD.

Основные принципы RAD:

1. Инструментарий должен быть нацелен на минимизацию времени разработки;

2. Создание прототипа для уточнения требований заказчика;

3. Цикличность разработки: каждая новая версия продукта основывается на оценке результата работы предыдущей версии заказчиком;

4. Минимизация времени разработки версии, за счёт переноса уже готовых модулей и добавления функциональности в новую версию;

5. Команда разработчиков должна тесно сотрудничать, каждый участник должен быть готов выполнять несколько обязанностей;

6. Управление проектом должно минимизировать длительность цикла разработки.

Итерационная модель: естественное развитие каскадной и спиральной моделей привело к их сближению и появлению современного итерационного подхода, который представляет рациональное сочетание этих моделей.

Рис. 22. Итерационная модель ЖЦ ПО

Жизненный цикл программного обеспечения

Одним из базовых понятий методологии проектирования ПО является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО. В данном стандарте ПО (программный продукт) определяется как набор компьютерных программ, процедур и, возможно, связанной с ним документации и данных. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих некоторые входные данные в выходные. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными от других процессов, и результатами.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

· вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);

· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Модели жизненного цикла ПО

Модель жизненного цикла - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи стадий и этапов, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ПО и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует. Основные модели ЖЦ следующие.

1. Каскадная модель (до 70-х годов XX в) определяет последовательный переход на следующий этап после завершения предыдущего.

Для этой модели характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая информационной интеграции и совместимости, программного, технического и организационного сопряжения.

Достоинство : хорошие показатели по срокам разработки и надежности при решении отдельных задач.

Недостаток : неприменимость к большим и сложным проектам из-за изменчивости требований к системе в течение длительного проектирования.

2. Итерационная модель (70-80-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «снизу - вверх». Допускает итерационные возвраты на предыдущие этапы после выполнения очередного этапа;

Модель предусматривает обобщение полученных проектных решений отдельных задач в общесистемные решения. При этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований.

Достоинство: возможность оперативно вносить коррективы в проект.

Недостаток: при большом числе итераций растет время проектирования, возникают расхождения в проектных решениях и документации, запутывается функциональная и системная архитектура созданной ПО. Необходимость в перепроектировании старой или создании новой системы может возникнуть сразу после этапа внедрения или эксплуатации.

3. Спиральная модель (80-90-е годы XX в.) соответствует технологии проектирования «сверху - вниз». Предполагает использование программного прототипа, допускающего программное расширение. Проект системы циклически повторяет путь от детализации требований к детализации программного кода.

При проектировании архитектуры системы сначала определяется состав функциональных подсистем и решаются общесистемные вопросы (организация интегрированной базы данных, технология сбора, передачи и накопления информации). Затем формулируются отдельные задачи и разрабатывается технология их решения.

При программировании сначала разрабатываются головные программные модули, а затем - модули, исполняющие отдельные функции. Сначала обеспечивается взаимодействие модулей между собой и с базой данных, а затем - реализация алгоритмов.

Достоинства:

1. сокращение число итераций и, следовательно, число ошибок и несоответствий, которые необходимо исправлять;

2. сокращение сроков проектирования;

3. упрощение создания проектной документации.

Недостаток: высокие требования к качеству общесистемного репозитория (общей базы проектных данных).

Спиральная модель лежит в основе технологии быстрой разработки приложений или RAD-технологии (rapid application development), которая предполагает активное участие конечных пользователей будущей системы в процессе ее создания. Основные стадии информационного инжиниринга следующие:

· Анализ и планирование информационной стратегии. Пользователи вместе со специалистами-разработчиками участвуют в идентификации проблемной области.

· Проектирование. Пользователи под руководством разработчиков принимают участие в техническом проектировании.

· Конструирование. Разработчики проектируют рабочую версию ПО с использованием языков 4-го поколения;

· Внедрение. Разработчики обучают пользователей работе в среде новой ПО.

Развитие ВТ постоянно расширяет классы решаемых задач связанных с обработкой информации различного характера.

Это в основном три вида информации и соответственно три класса задач, для решения которых используются компьютеры:

1) Вычислительные задачи, связанные с обработкой числовой информации. К ним относится, к примеру, задача решения системы линейных уравнений большой размерности. Раньше была основной, доминирующей областью использования ЭВМ.

2) Задачи по обработке символьной информации, связанные с созданием, редактированием и преобразованием текстовых данных. С решением таких задач связан труд, к примеру, секретаря-машинистки.

3) Задачи по обработке графической информации ᴛ.ᴇ. схем, чертежей, графиков, эскизов и т.д. К таким задачам относится, к примеру, задача разработки конструктором чертежей новых изделий.

4) Задачи по обработке алфавитно-цивровой информации – ИС. Сегодня стало одной из базовых областей применеия ЭВМ и задачи все усложняются.

Решение на ЭВМ задач каждого класса имеет свою специфику, но его можно разбить на несколько этапов, характерных для большинства задач.

Технология программирования изучает технологические процессы и порядок их прохождения (стадии) с использованием знаний, методов и средств.

Технологии удобно характеризовать в двух измерениях – вертикальном (представляющем процессы) и горизонтальном (представляющем стадии).

Рисунок

Процесс- совокупность взаимосвязанных действий (технологических операций), преобразующих некоторые входные данные в выходные. Процессы состоят из набора действий (технологических операций), а каждое действие из набора задач и методов их решения. Вертикальное измерение отражает статические аспекты процессов и оперирует такими понятиями, как рабочие процессы, действия, задачи, результаты деятельности, исполнители.

Стадия – часть действий по созданию ПО, ограниченная некоторыми временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта͵ определяемого заданными для данной стадии требованиями. Иногда стадии объединяют в более крупные временные рамки, называемые фазами или этапами. Итак, горизонтальное измерение представляет время, отражает динамические аспекты процессов и оперирует такими понятиями, как фазы, стадии, этапы, итерации и контрольные точки.

Разработка ПО подчиняется определенному жизненному циклу.

Жизненный цикл ПО - ϶ᴛᴏ непрерывный и упорядоченный набор видов деятельности, осуществляемый и управляемый в рамках каждого проекта по разработке и эксплуатации ПО, начинающийся с момента появления идеи(замысла) создания некоторого программного обеспечения и принятия решения о крайне важно сти его создания и заканчивающийся в момент его полного изъятия из эксплуатации по причинам:

а) морального старения;

б) потери крайне важно сти решения соответствующих задач.

Технологические подходы - ϶ᴛᴏ механизмы реализации жизненного цикла.

Технологический подход определяется спецификой комбинации стадий и процессов, ориентированной на разные классы ПО и на особенности коллектива разработчиков.

ЖЦ определяет стадии(фазы, этапы), так что программный продукт переходит с одного этапа на другой, начиная с зарождения концепции продукта и заканчивая этапом его сворачивания.

ЖЦ разработки ПО должна быть представлен с различной степенью детализации этапов. Простейшее представление жизненного цикла, включает стадии:

Проектирование

Реализация

Тестирование и отладка

Внедрение, эксплуатация и сопровождение.

Простейшее представление ЖЦ программы (каскадный технологический подход к ведению жизненного цикла):

Процессы

Проектирование

Программирование

Тестирование

Сопровождение

Анализ Проектирование Реализация ТестированиеВнедрениеэксплуатация

и отладка и сопровождение

Фактически здесь на каждой стадии выполняется единственный процесс. Очевидно, что при разработке и создании больших программ такая схема недостаточно корректна (неприменима), но ее можно взять за основу.

Этап аализа концентрируется на системных требованиях. Требования определяются и специфицируются (описываются). Осуществляется выработка и интеграция функциональных моделей и моделей данных для системы. Вместе с тем, фиксируются нефункциональные и другие системные требования.

Этап проектирования разделяется на два базовых подэтапа: архитектурное и детализированное проектирование. В частности, проводится уточнение конструкции программы, пользовательского интерфейса и структур данных. Поднимаются и фиксируются вопросы проектирования, которые влияют на понятность, приспособленность к сопровождению и масштабируемость системы.

Этап реализации включает написание программы.

Отличия в вппаратном обеспечении и программном обеспечении особенно видны на этапе эксплуатации . В случае если товары широкого потребления проходят этапы выведения на рынок, роста͵ зрелости и упадка, то жизнь ПО больше походит на историю недостроенного, но постоянно достраиваемого и подновляемого здания(самолета) (Абонент).

ЖЦ ПО регламентируется многими стандартами в т.ч. и международными.

Цель стандартизации ЖЦ сложных ПС:

Обобщение опыта и результатов исследований множества специалистов;

Отработка технологических процессов и приемов разработки, а также методической базы для их автоматизации.

Стандарты включают:

Правила описания исходной информации, способов и методов выполнения операций;

Устанавливают правила контроля технологических процессов;

Устанавливают требования к оформлению результатов;

Регламентируют содержание технологических и эксплуатационных документов;

Определяют организационную структуру коллектива разработчиков;

Обеспечивают распределение и планирование заданий;

Обеспечивают контроль за ходом создания ПС.

В России действуют стандарты, регламентирующие ЖЦ:

Стадии разработки ПО– ГОСТ 19.102-77

Стадии создания АС - ГОСТ 34.601 –90;

ТЗ на создание АС - ГОСТ 34.602-89;

Виды испытания АС - ГОСТ 34.603-92;

При этом создание, сопровождение и развитие прикладных ПС для ИС в этих стандартах отражены недостаточно, а отдельные их положения устарели с точки зрения построения современных распределенных комплексов прикладных программ высокого качества в системах управления и обработки данных с различной архитектурой.

В связи с этим следует отметить международный стандарт ISO/IEC 12207-1999 – ʼʼИнформационные технологии – Процессы жизненного цикла программного обеспеченияʼʼ.

ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике.

Он определяет структуру ЖЦ ПО и его процессы.

Т.е. создание ПО это не такая простая задача, в связи с этим и существуют стандарты, в которых все расписано: что нужно делать, когда и как.

Структура ЖЦ ПО по международному стандарту ISO/IEC 12207-95 базируется на трех группах процессов:

1) основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, выработка, эксплуатация, сопровождение ). Мы основное внимание уделим последним.

2) вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение базовых процессов (документирование , управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, совместный анализ (оценка), аудит, решение проблем).

1. Управление конфигурацией это процесс, поддерживающий основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения. При разработке проектов сложных ПО, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной (ᴛ.ᴇ. единой) структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в различные компоненты ПО на всех стадиях его ЖЦ.

2. Верификация -это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние ПО, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа.

3. Аттестация – подтверждение экспертизой и представлением объективных доказательств того, что конкретные требования к конкретным объектам полностью реализованы.

4. Совместный анализ(оценка) – систематическое определение степени соответствия объекта установленным критериям.

5. Аудит – проверка, выполняемая компетентным органом (лицом) с целью обеспечения независимой оценки степени соответствия программных продуктов или процессов установленным требованиям. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ проводится для определения различий между действительными и ожидавшимися результатами и оценки соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

3) организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта͵ определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля за сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает выбор методов и инструментальных средств для реализации проекта͵ определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний созданного ПО, обучение персонала и т.п. Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования компонентов ПО.

Мы будем рассматривать ЖЦ ПО с точки зрения разработчика.

Процесс разработки в соответсвии со стандартом предусматривает действия и задачи, выполняемые разработчиком, и охватывает работы по созданию ПО и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, а также подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствия качества пограммных продуктов, материалов, необходимых для обучения персонала и т.д.

По стандарту жизненный цикл ПО ИС включает в себя следующие действия:

1) возникновение и исследование идеи(замысла);

2) подготовительный этап - выбор модели жизненного цикла, стандартов, методов и средств разработки, а также составление плана работ.

3) анализ требований к информационной системе - определение ее

функциональных возможностей, пользовательских требований, требований к надежности и безопасности, требований к внешним интерфейсам и т.д.

4) проектирование архитектуры информациронной системы - определение состава крайне важно го оборудования, программного обеспечения и операций, выполняемых обслуживающим персоналом .

5) анализ требований к программному обеспечению - определение функциональных возможностей, включая характеристики производительности, среды функционирования компонентов, внешних интерфейсов, спецификаций надежности и безопасности, эргономических требований, требований к используемым данным, установке, приемке, пользовательской документации, эксплуатации и сопровождению.

6) проектирование архитектуры программного обеспечения - определение структуры ПО, документирование интерфейсов его компонентов, разработку предварительной версии пользовательской документации, а также требований к тестам и плана интеграции.

7) детальное проектирование программного обеспечения - подробное

описание компонентов ПО и интерфейсов между ними, обновление пользовательской документации, выработка и документирование требований к тестам и плана тестирования, компонентов ПО, обновление плана интеграции компонентов.

8) кодирование ПО - – выработка и документирование

каждого программного компонента;

9)тестирование ПО – выработка совокупности тестовых процедур и данных для их тестирования, тестирование компонентов, обновление пользовательской документации, обновление плана интеграции ПО;

10) интеграция ПО – сборка программных компонентов в соответсвие с

планом интеграции и тестрование ПО на соответсвие квалификационным требованиям, представляющих собой набор критериев или условий, которые крайне важно выполнить, чтобы квалифицировать программный продукт, как соответсвующий своим спецификациям и готовый к использованию в заданых условиях эксплуатации;

11) квалификационное тестирование ПО – тестирование ПО в

присутствии заказчика для демонстрации его соответствия

требованиям и готовности к эксплуатации; при этом проверяется также готовность и полнота технической и пользовательской документации ;

12) интеграция системы – сборка всех компонетов информационной системы, включая ПО и оборудование;

13) квалификационное тестирование ИС – тестирование системы на

соответсвие требованиям к ней и проверка оформления и полноты документации;

14) установка ПО – установка ПО на обородование заказчика и проверка его работоспособюности; ;

15) приемка ПО – оценка результатов квалифицированного

тестирования ПО и информционной системы в целом и

документирование результатов оценки совместно с заказчиком, аттестация и окончательная передача ПО заказчику.

16)Управление и выработка документации;

17)эксплуатация

18)сопровождение – процесс создания и внедрения новых версий

программного продукта. ;

19)завершение эксплуатации.

Указанные действия можно сгруппировать, условно выделив следующие основные этапы разработки ПО:

· постановка задачи(ТЗ) (по ГОСТ 19.102-77 стадия ʼʼТехническое заданиеʼʼ)

· анализ требований и выработка спецификаций (по ГОСТ 19.102-77 стадия ʼʼЭскизный проектʼʼ)

· проектирование (по ГОСТ 19.102-77 стадия ʼʼТехнический проектʼʼ)

· реализация (кодирование, тестирование и отладка) (по ГОСТ 19.102-77 стадия ʼʼРабочий проектʼʼ).

· эксплуатация и сопровождение.

Жизненный цикл и этапы разработки ПО - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Жизненный цикл и этапы разработки ПО" 2017, 2018.

Рис. 5.2.

Такими аспектами являются:

договорный аспект, в котором заказчик и поставщик вступают в договорные отношения и реализуют процессы приобретения и поставки;
аспект управления, который включает действия управления лицами, участвующими в ЖЦ ПО (поставщик, заказчик, разработчик, оператор и др.);
аспект эксплуатации, включающий действия оператора по предоставлению услуг пользователям системы;
инженерный аспект, который содержит действия разработчика или службы сопровождения по решению технических задач, связанных с разработкой или модификацией программных продуктов;
аспект поддержки, связанный с реализацией вспомогательных процессов, с помощью которых службы поддержки предоставляют необходимые услуги всем остальным участникам работ. В этом аспекте можно выделить аспект управления качеством ПО, включающий процессы обеспечения качества, верификацию, аттестацию, совместную оценку и аудит.

Организационные процессы выполняются на корпоративном уровне или на уровне всей организации в целом, создавая базу для реализации и постоянного совершенствования процессов ЖЦ ПО .

5.6. Модели и стадии ЖЦ ПО

Под моделью ЖЦ ПО понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении ЖЦ ПО . Модель ЖЦ зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.

Стандарт ISO / IEC 12207 не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО . Его положения являются общими для любых моделей ЖЦ, методов и технологий разработки ПО . Стандарт описывает структуру процессов ЖЦ ПО , но не конкретизирует, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.

Модель ЖЦ любого конкретного ПО определяет характер процесса его создания, который представляет собой совокупность упорядоченных во времени, взаимосвязанных и объединенных в стадии (фазы) работ , выполнение которых необходимо и достаточно для создания ПО , соответствующего заданным требованиям.

Под стадией (фазой) создания ПО понимается часть процесса создания ПО , ограниченная некоторыми временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей ПО , программных компонентов, документации и пр.), определяемого заданными для данной стадии требованиями. Стадии создания ПО выделяются по соображениям рационального планирования и организации работ , заканчивающихся заданными результатами. В состав ЖЦ ПО обычно включаются следующие стадии:

формирование требований к ПО;
проектирование (разработка системного проекта);
реализация (может быть разбита на подэтапы: детальное проектирование, кодирование);
тестирование (может быть разбито на автономное и комплексное тестирование и интеграцию);
ввод в действие (внедрение);
эксплуатация и сопровождение;
снятие с эксплуатации.

Некоторые специалисты вводят дополнительно начальную стадию – анализ осуществимости системы. Здесь имеется в виду программно-аппаратная система, для которой создается, приобретается или модифицируется ПО .

Стадия формирования требований к ПО является одной из важнейших и определяет в значительной (даже решающей!) степени успех всего проекта. Началом этой стадии является получение одобренной и утвержденной архитектуры системы с включением основных соглашений о распределении функций между аппаратурой и программами. Этот документ должен также содержать подтверждение общего представления о функционировании ПО с включением основных соглашений о распределении функций между человеком и системой.

Стадия формирования требований к ПО включает следующие этапы.

Планирование работ, предваряющее работы над проектом. Основными задачами этапа являются определение целей разработки, предварительная экономическая оценка проекта, построение плана-графика выполнения работ, создание и обучение совместной рабочей группы.
Проведение обследования деятельности автоматизируемой организации (объекта), в рамках которого осуществляются предварительное выявление требований к будущей системе определение структуры организации, определение перечня целевых функций организации, анализ распределения функций по подразделениям и сотрудникам, выявление функциональных взаимодействий между подразделениями, информационных потоков внутри подразделений и между ними, внешних по отношению к организации объектов и внешних информационных воздействий, анализ существующих средств автоматизации деятельности организации.

Построение модели деятельности организации (объекта), предусматривающее обработку материалов обследования и построение двух видов моделей:

модели "AS-IS" ("как есть"), отражающей существующее на момент обследования положение дел в организации и позволяющей понять, каким образом работает данная организация, а также выявить узкие места и сформулировать предложения по улучшению ситуации;
модели "TO-BE" ("как должно быть"), отражающей представление о новых технологиях работы организации.

Каждая из моделей должна включать полную функциональную и информационную модель деятельности организации, а также (при необходимости) модель, описывающую динамику поведения организации. Заметим, что построенные модели имеют самостоятельное практическое значение , независимо от того, будет ли на предприятии разрабатываться и внедряться информационная система, поскольку с их помощью можно обучать сотрудников и совершенствовать бизнес-процессы предприятия.

Результатом завершения стадии формирования требований к ПО являются спецификации ПО , функциональные, технические и интерфейсные спецификации, для которых подтверждена их полнота , проверяемость и осуществимость.

Стадия проектирования включает следующие этапы.

Разработка системного проекта ПО. На этом этапе дается ответ на вопрос "Что должна делать будущая система?", а именно: определяются архитектура системы, ее функции, внешние условия функционирования, интерфейсы и распределение функций между пользователями и системой, требования к программным и информационным компонентам, состав исполнителей и сроки разработки, план отладки ПО и контроль качества.

Основу системного проекта составляют модели проектируемой системы, которые строятся на модели "TO-BE". Результатом разработки системного проекта должна быть одобренная и подтвержденная спецификация требований к ПО: функциональные, технические и интерфейсные спецификации, для которых подтверждена их полнота, проверяемость и осуществимость.
Разработка детального (технического) проекта. На этом этапе осуществляется собственно проектирование ПО, включающее проектирование архитектуры системы и детальное проектирование. Таким образом, дается ответ на вопрос: "Как построить систему, чтобы она удовлетворяла требованиям?"

Результатом детального проектирования является разработка верифицированной спецификации ПО , включающей:

формирование иерархии программных компонентов, межмодульных интерфейсов по данным и управлению;
спецификация каждого компонента ПО, имени, назначения, предположений, размеров, последовательности вызовов, входных и выходных данных, ошибочных выходов, алгоритмов и логических схем;
формирование физической и логической структур данных до уровня отдельных полей;
разработку плана распределения вычислительных ресурсов (времени центральных процессоров, памяти и др.);
верификацию полноты, непротиворечивости, осуществимости и обоснованности требований;
предварительный план комплексирования и отладки, план руководства для пользователей и приемных испытаний.

Завершением стадии детального проектирования является сквозной

Стандарты жизненного цикла ПО

ГОСТ 34.601-90
ISO/IEC 12207:1995 (российский аналог - ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99)

Методологии разработки ПО

Rational Unified Process (RUP).
Microsoft Solutions Framework (MSF). Включает 4 фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования.
Экстремальное программирование (Extreme Programming , XP). В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС. Разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

Стандарт ГОСТ 34.601-90

Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии и этапы создания автоматизированной системы:

Формирование требований к АС
1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
2. Формирование требований пользователя к АС
3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
Разработка концепции АС
1. Изучение объекта
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
4. Оформление отчета о проделанной работе
Техническое задание
1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС
Эскизный проект
1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям
Технический проект
1. Разработка проектных решений по системе и ее частям
2. Разработка документации на АС и ее части
3. Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
Рабочая документация
1. Разработка рабочей документации на АС и ее части
2. Разработка и адаптация программ
Ввод в действие
1. Подготовка объекта автоматизации
2. Подготовка персонала
3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
4. Строительно-монтажные работы
5. Пусконаладочные работы
6. Проведение предварительных испытаний
7. Проведение опытной эксплуатации
8. Проведение приемочных испытаний
Сопровождение АС.
1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
2. Послегарантийное обслуживание

Эскизный, технический проекты и рабочая документация - это последовательное построение все более точных проектных решений. Допускается исключать стадию «Эскизный проект» и отдельные этапы работ на всех стадиях, объединять стадии «Технический проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий проект», параллельно выполнять различные этапы и работы, включать дополнительные.

Данный стандарт не вполне подходит для проведения разработок в настоящее время: многие процессы отражены недостаточно, а некоторые положения устарели.

Стандарт ISO/IEC 12207/ и его применение

Стандарт ISO/IEC 12207:1995 «Information Technology - Software Life Cycle Processes» является основным нормативным документом, регламентирующим состав процессов жизненного цикла ПО. Он определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы , действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Каждый процесс разделен на набор действий, каждое действие - на набор задач. Каждый процесс, действие или задача инициируется и выполняется другим процессом по мере необходимости, причем не существует заранее определенных последовательностей выполнения. Связи по входным данным при этом сохраняются.

Процессы жизненного цикла ПО

Основные:
- Приобретение (действия и задачи заказчика, приобретающего ПО)
- Поставка (действия и задачи поставщика, который снабжает заказчика программным продуктом или услугой)
- Разработка (действия и задачи, выполняемые разработчиком: создание ПО, оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовка тестовых и учебных материалов и т. д.)
- Эксплуатация (действия и задачи оператора - организации, эксплуатирующей систему)
- Сопровождение (действия и задачи, выполняемые сопровождающей организацией, то есть службой сопровождения). Сопровождение - внесений изменений в ПО в целях исправления ошибок, повышения производительности или адаптации к изменившимся условиям работы или требованиям.
Вспомогательные
- Документирование (формализованное описание информации, созданной в течение ЖЦ ПО)
- Управление конфигурацией (применение административных и технических процедур на всем протяжении ЖЦ ПО для определения состояния компонентов ПО, управления его модификациями).
- Обеспечение качества (обеспечение гарантий того, что ИС и процессы ее ЖЦ соответствуют заданным требованиям и утвержденным планам)
- Верификация (определение того, что программные продукты, являющиеся результатами некоторого действия, полностью удовлетворяют требованиям или условиям, обусловленным предшествующими действиями)
- Аттестация (определение полноты соответствия заданных требований и созданной системы их конкретному функциональному назначению)
- Совместная оценка (оценка состояния работ по проекту: контроль планирования и управления ресурсами, персоналом, аппаратурой, инструментальными средствами)
- Аудит (определение соответствия требованиям, планам и условиям договора)
- Разрешение проблем (анализ и решение проблем, независимо от их происхождения или источника, которые обнаружены в ходе разработки, эксплуатации, сопровождения или других процессов)
Организационные
- Управление (действия и задачи, которые могут выполняться любой стороной, управляющей своими процессами)
- Создание инфраструктуры (выбор и сопровождение технологии, стандартов и инструментальных средств, выбор и установка аппаратных и программных средств, используемых для разработки, эксплуатации или сопровождения ПО)
- Усовершенствование (оценка, измерение, контроль и усовершенствование процессов ЖЦ)
- Обучение (первоначальное обучение и последующее постоянное повышение квалификации персонала)

Каждый процесс включает ряд действий. Например, процесс приобретения охватывает следующие действия:

Инициирование приобретения
Подготовка заявочных предложений
Подготовка и корректировка договора
Надзор за деятельностью поставщика
Приемка и завершение работ

Каждое действие включает ряд задач. Например, подготовка заявочных предложений должна предусматривать:

Формирование требований к системе
Формирование списка программных продуктов
Установление условий и соглашений
Описание технических ограничений (среда функционирования системы и т. д.)

Стадии жизненного цикла ПО, взаимосвязь между процессами и стадиями

Модель жизненного цикла ПО - структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует.

Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99 не предлагает конкретную модель жизненного цикла. Его положения являются общими для любых моделей жизненного цикла, методов и технологий создания ИС. Он описывает структуру процессов жизненного цикла, не конкретизируя, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.

Модель ЖЦ ПО включает в себя:

Стадии;
Результаты выполнения работ на каждой стадии;
Ключевые события - точки завершения работ и принятия решений.

Стадия - часть процесса создания ПО, ограниченная определенными временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (моделей, программных компонентов, документации), определяемого заданными для данной стадии требованиями.

На каждой стадии могут выполняться несколько процессов, определенных в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99, и наоборот, один и тот же процесс может выполняться на различных стадиях. Соотношение между процессами и стадиями также определяется используемой моделью жизненного цикла ПО.

Модели жизненного цикла ПО

Под моделью жизненного цикла понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении жизненного цикла. Модель жизненного цикла зависит от специфики информационной системы и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие основные модели жизненного цикла:

Задачная модель;

каскадная модель (или системная) (70-85 г.г.);

спиральная модель (настоящее время).

Задачная модель

При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе (задачная модель) единый поход к разработке неизбежно теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов. Как правило, по мере увеличения количества задач трудности нарастают, приходится постоянно изменять уже существующие программы и структуры данных. Скорость развития системы замедляется, что тормозит и развитие самой организации. Однако в отдельных случаях такая технология может оказаться целесообразной:

Крайняя срочность (надо чтобы хоть как-то задачи решались; потом придется все сделать заново);

Эксперимент и адаптация заказчика (не ясны алгоритмы, решения нащупываются методом проб и ошибок).

Общий вывод: достаточно большую эффективную информационной системы таким способом создать невозможно.

Каскадная модель

Каскадная модель жизненного цикла была предложена в 1970 г. Уинстоном Ройсом. Она предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе(рис. 1). Требования, определенные на стадии формирования требований, строго документируются в виде технического задания и фиксируются на все время разработки проекта. Каждая стадия завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Этапы проекта в соответствии с каскадной моделью:

Формирование требований;
Проектирование;
Реализация;
Тестирование;
Внедрение;
Эксплуатация и сопровождение.

Рис. 1. Каскадная схема разработки

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении информационных систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. В эту категорию попадают сложные расчетные системы, системы реального времени и другие подобные задачи. Однако в процессе использования этого подхода обнаружился ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания систем никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему. В процессе создания постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания программного обеспечения принимал следующий вид (рис. 2):

Рис. 2. Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к информационным системам "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания программного обеспечения, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением. Сущность системного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. Таким образом, данная модель основным достоинством имеет системность разработки, а основные недостатки - медленно и дорого.

Спиральная модель

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель жизненного цикла (рис. 3), которая была разработана в середине 1980-х годов Барри Боэмом. Она основывается на начальных этапах жизненного цикла: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов.

Прототип - действующий компонент ПО, реализующий отдельные функции и внешние интерфейсы. Каждая итерация соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на ней уточняются цели и характеристики проекта, оценивается качество полученных результатов и планируются работы следующей итерации.

Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия (или подмножества конечного продукта), которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой.

Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного обеспечения, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

Рис 3. Спиральная модель ЖЦ ИС

Одним из возможных подходов к разработке программного обеспечения в рамках спиральной модели жизненного цикла является получившая в последнее время широкое распространение методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки программного обеспечения, содержащий 3 элемента:

небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек);

короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес.);

повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком.

Жизненный цикл программного обеспечения по методологии RAD состоит из четырех фаз:

фаза определения требований и анализа;

фаза проектирования;

фаза реализации;

фаза внедрения.